Il nuovo computer quantistico Jiuzhang basato sulla luce ha raggiunto la supremazia

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computer quanticoquesto articolo scientifico pubblicato su Science News spiega molto bene che la gara fra Cina e Stati Uniti passa anche dalle nuove tecnologie ed in questo campo Pechino sta avanzando

di Emily Conover

da https://www.sciencenews.org

traduzione di Marco Pondrelli per Marx21.it

Un secondo tipo di dispositivo quantistico ha eseguito un calcolo impossibile per un computer tradizionale


Un nuovo tipo di computer quantistico ha dimostrato di poter regnare sovrano.

I ricercatori in cinesi hanno riportato online su Science che il 3 dicembre un computer quantistico fotonico, che sfrutta particelle di luce, o fotoni, ha eseguito un calcolo impossibile per un computer convenzionale. Questa pietra miliare, nota come supremazia quantistica, è stata raggiunta solo una volta in precedenza, nel 2019, dal computer quantistico di Google (SN: 10/23/19). Il computer di Google, tuttavia, si basa su materiali superconduttori, non su fotoni.

"Questa è la prima conferma indipendente dell'affermazione di Google secondo cui si può davvero raggiungere la supremazia quantistica", afferma l'informatico teorico Scott Aaronson dell'Università del Texas ad Austin. "È eccitante."

Chiamato Jiuzhang come un antico testo matematico cinese, il nuovo computer quantistico può eseguire un calcolo in 200 secondi che richiederebbe più di mezzo miliardo di anni sul computer non quantistico, o classico, più veloce del mondo.

"La mia prima impressione è stata 'wow'", dice il fisico quantistico Fabio Sciarrino dell'Università la Sapienza di Roma.

Il dispositivo di Google, chiamato Sycamore, si basa su minuscoli bit quantistici fatti di materiali superconduttori, che conducono energia senza resistenza. Al contrario, Jiuzhang è costituito da una complessa serie di dispositivi ottici che fanno da navetta per i fotoni. Questi dispositivi includono sorgenti luminose, centinaia di beam splitters, decine di specchi e 100 rivelatori di fotoni.

Impiegando un processo chiamato campionamento dei bosoni, Jiuzhang genera una distribuzione di numeri che è estremamente difficile da replicare per un computer classico. Ecco come funziona: i fotoni vengono prima inviati in una rete di canali. Lì, ogni fotone incontra una serie di beam splitters, ognuno dei quali invia il fotone lungo due percorsi simultaneamente, in quella che viene chiamata una sovrapposizione quantistica. Anche i percorsi si fondono insieme e le ripetute scissioni e fusioni fanno sì che i fotoni interferiscano l'uno con l'altro secondo le regole quantistiche.

Infine, il numero di fotoni in ciascuno dei canali di uscita della rete viene misurato alla fine.

Se ripetuto più volte, questo processo produce una distribuzione dei numeri basata su quanti fotoni sono stati trovati in ogni uscita.

Se utilizzato con grandi numeri di fotoni e molti canali, il computer quantistico produrrà una distribuzione di numeri troppo complessa da calcolare per un computer classico. Nel nuovo esperimento, fino a 76 fotoni hanno attraversato una rete di 100 canali. Per uno dei computer classici più potenti del mondo, il supercomputer cinese Sunway TaihuLight, prevedere i risultati che il computer quantistico avrebbe ottenuto per qualsiasi cosa oltre i 40 fotoni era impossibile.

Mentre Google è stato il primo a rompere la barriera della supremazia quantistica, la pietra miliare cinese è "non un risultato in un solo colpo", dice il coautore dello studio e fisico quantistico Chao-Yang Lu dell'Università di Scienza e Tecnologia della Cina a Hefei. "È una continua competizione tra l'hardware quantistico costantemente migliorato e la simulazione classica costantemente migliorata". Dopo la rivendicazione della supremazia quantistica di Google, ad esempio, IBM ha proposto un tipo di calcolo che potrebbe permettere a un supercomputer di eseguire il compito completato, almeno teoricamente, dal computer di Google.

E il raggiungimento della supremazia quantistica non indica necessariamente che i computer quantistici siano già utili, perché i calcoli sono esoterici, progettati per essere difficili per i computer classici.

Il risultato aumenta il profilo dei computer quantistici fotonici, che non hanno mai ricevuto tanta attenzione quanto le altre tecnologie, dice il fisico quantistico Christian Weedbrook, CEO di Xanadu, un'azienda di Toronto focalizzata sulla costruzione di computer quantistici fotonici. "Storicamente, la fotonica è stata la pecora nera".

Un limite di Jiuzhang, osserva Weedbrook, è che può eseguire solo un singolo tipo di compito, cioè il campionamento dei bosoni. Al contrario, il computer quantistico di Google potrebbe essere programmato per eseguire una varietà di algoritmi. Ma altri tipi di computer quantistici fotonici, tra cui quello di Xanadu, sono programmabili.

Dimostrare la supremazia quantistica con un diverso tipo di dispositivo rivela quanto rapidamente il calcolo quantistico stia progredendo, dice Sciarrino. "Il fatto che ora le due diverse piattaforme siano in grado di raggiungere questo regime ... dimostra che l'intero campo sta avanzando in modo molto maturo".